5.4光合作用与能量转化导学案-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学导学案聚焦光合作用与能量转化，涵盖概念、反应式、阶段场所、探究历程及原理应用，通过绿叶色素提取分离实验、叶绿体结构等基础知识点导入，结合科学史实验构建从结构到功能的学习支架，衔接光反应与暗反应的物质能量变化及影响因素分析。 导学案以科学史实验分析为亮点，通过比较归纳光暗反应过程培养科学思维，实验步骤与注意事项详细助力探究实践，习题结合曲线分析和农业应用，帮助学生形成物质能量观等生命观念，提升解决实际问题的态度责任，适合自主学习与课堂教学。

5.4光合作用与能量转化 导学案 班级： 姓名： 【学习目标】 知识与技能： 1.说明光合作用的概念、反应式、阶段和场所。 2.简述光合作用的探究历程，体验科学研究的思路和方法。 3.阐明光合作用的光反应和暗反应过程，以及两者之间的区别和联系。 4.举例说明光合作用原理的应用。 过程与方法： 1.通过分析科学史实验，学习科学家设计实验的技能和严谨的科学思维。 2.通过比较光反应和暗反应，学习运用比较、归纳的方法。 情感态度与价值观： 1.认同科学是在不断的观察、实验和探索中前进的。 2.关注光合作用原理在农业生产和环境保护中的应用，形成科学服务于社会的意识。 【学习重难点】 重点：光合作用的光反应和暗反应过程及相互关系；光合作用的探究历程。 难点：光反应和暗反应过程中物质和能量的变化；科学史实验的分析。 【知识导航】 1.绿叶中色素的提取和分离实验： 提取色素 分离色素 原理 色素易溶于有机溶剂中 不同色素在层析液中溶解度不同，它们随层析液在滤纸上扩散速度不同 方法 用无水乙醇提取 纸层析法 试剂 (物质) 研磨的同时添加碳酸钙_以防止叶绿素被破坏，添加二氧化硅促使研磨充分 层析液 步骤 取材→研磨→过滤→收集 制备滤纸条→画滤液细线→分离绿叶中的色素 注意：药品、试剂作用及操作目的：①无水乙醇：溶解、提取色素。 ②SiO 2 ：有助于叶片研磨更充分。③CaCO 3 ：防止研磨中叶绿素被破坏。 ④层析液：分离色素。⑤不能让滤液细线触及层析液：防止色素直接溶于层析液中而无法分离。 2.分离色素的结果： 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快 叶黄素 黄色 较少 较高 较快 叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢 叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢 3. 叶绿体中的色素: （1）分布：叶绿体类囊体薄膜上。（2）种类：叶绿体中的色素分为叶绿素(约占 3/4)和类胡萝卜素(约占 1/4)两类：叶绿素包括叶绿素 a 和叶绿素 b；类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素。其中叶绿素分子中含有 Mg 元素。（3）功能：吸收光能。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，对绿光的吸收最少，类胡萝卜素不吸收红光。（4）不同颜色的光对光合作用影响不同，光合速率高低为：白光＞红光＞蓝紫光＞……＞绿光。 色素种类 吸收光 叶绿素(含量约占3/4) 叶绿素a、叶绿素b 主要吸收蓝紫光和红光 类胡萝卜素(含量约占1/4) 胡萝卜素、叶黄素 主要吸收⑮________ 4.叶绿体的结构：（1）形态：一般呈扁平的椭球形或球形。（2）结构：双层膜，类囊体堆叠形成基粒，扩大了膜面积。类囊体薄膜上分布有吸收光能的色素和与光合作用有关的酶；叶绿体基质中含有少量的DNA、RNA 和核糖体，分布有与光合作用有关的酶。（3）功能：是进行光合作用的场所。 探究光合作用原理的部分实验： (1)19世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，然后缩合成糖。 (2)1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖类。 (3)1937年，希尔发现，在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。 (4)1941年,鲁宾和卡门用同位素示踪法，研究了光合作用中氧气的来源。用18 O分别标记H 2 O和CO2，使他们分别变成 H 2 18O 和 C18O 2 ，然后进行两组实验：第一组给植物提供 H 2 18O 和 CO 2，第二组给植物提供 H 2 O 和 C18O 2。在其他条件都相同的情况下，检测产生的氧气的分子质量，第一组释放氧气都是18O 2，第二组释放氧气都是O 2。 (5)1954年，美国阿尔农等用叶绿体做实验：在给光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi物质时，体系中就会有ATP出现。这一过程总是与水的光解相伴随。 (6)1946年开始，美国的卡尔文等用同位素示踪方法，提供14CO 2进行光合作用，探明了CO2中的C的去向路径14CO 2 →14C3→有机物和C5，称为卡尔文循环。 6.光合作用的过程: (1)光合作用的强度是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 (2)总反应式：6CO 2 ＋12H 2 O ─酶、叶绿体→C 6 H 12 O 6 ＋6H 2 O＋6O 2 (3)光反应:①场所：叶绿体类囊体薄膜。②条件：光、色素、酶、H 2 O、ADP、Pi。③能量转换：光能→ATP 中活跃的化学能 (4)暗反应: ①场所：叶绿体基质。②条件：多种酶、CO 2 、NADPH、ATP；③能量转换：ATP 中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能。 （5）光反应和暗反应的关系：光反应为暗反应提供NADPH和 ATP；暗反应为光反应提供 ADP、 Pi和NADP+。 （6）光合作用光反应产生的NADPH和 和 ATP都仅用于暗反应中C 3 的还原。 （7）提高光合作用强度的 2 种措施：①控制光照强弱和温度的高低。②适当增加环境中的 CO 2 浓度。 7. 自养生物和异养生物 （1）自养生物：能将无机物转化成有机物的生物，包括：①光能自养型：利用光能进行光合作用合成有机物，如绿色植物、蓝细菌；②化能自养型：利用环境中无机物氧化时释放的化学能，通过化能合成作用合成有机物，如硝化细菌利用NH 3 氧化成 HNO 2 、HNO 3 的过程中释放的化学能来合成有机物。 （2）异养生物：只能利用环境中现成有机物来维持自身生命活动的生物，如动物和人、细菌、真菌等。 8.影响光合作用强度的因素(会分析，理解不死记) ①内因：色素的数量、酶的数量、叶绿体的数量等。 ②外因：空气中 CO 2 的浓度、光照的强弱、光的成分、温度的高低、土壤中水分的多少等。 光照强度 图1左图：正轴表净光合速率，负轴表呼吸速率 ①A 点：黑暗环境，只进行呼吸作用，对应值表示细胞呼吸速率。此时表现为吸收 O 2 释放 CO 2 。A点对应图2的甲图。 ②AB段：呼吸速率>光合速率。表现为吸收O 2 释放 CO 2 。AB段对应图2的乙图。 ③B点：光补偿点，光合速率等于呼吸速率，净光合速率为 0。此时不与外界进行气体交换。白天植物要正常生长，光照强度必须大于光补偿点。B点对应图2的丙图。 ④BC 段：光合速率大于呼吸速率，植物能积累有机物。C 点对应光照强度为光饱和点，此后光合速率不随光照强度的增强而增大。表现为吸收 CO 2 释放 O 2。 BC段对应图2的丁图。 ⑤AC 段限制因素：横坐标光照强度。C 点后限制因素：内因：色素量、酶量等；外因：CO 2 浓度、温度等。 （2）CO 2 浓度 左图：正轴表净光合速率，负轴表呼吸速率 ①A 点：黑暗环境，只进行呼吸作用，对应值表示细胞呼吸速率。此时表现为吸收 O 2 释放 CO 2 。对应甲图(填甲-丁图)。 ②AB 段：呼吸速率大于光合速率。表现为吸收 O 2释放 CO 2 。对应乙图(填甲-丁图)。 ③B 点：CO 2 补偿点，光合速率等于呼吸速率，净光合速率为 0。白天植物要正常生长，光照强度必须大于 CO 2 补偿点。此时不与外界进行气体交换。对应丙图(填甲-丁图)。 ④BC 段：光合速率大于呼吸速率，植物能积累有机物。C 点对应 CO 2 浓度为 CO 2 饱和点，此后光合速率 不随 CO 2 浓度的增大而增大。表现为吸收 CO 2 释放O 2 。对应丁图(填甲-丁图)。 ⑤AC段限制因素：横坐标CO 2浓度。C点后限制因素：内因色素量、酶量等；外因光照强度、温度等。 （3）温度：温度影响光合酶的活性。 （4）水：是光合作用原料；影响气孔开闭，间接影响CO 2 的供应。 （5）矿质元素：叶绿素分子中含有 Mg；土壤溶液浓度过高会使植物渗透失水而萎蔫，光合速率下降。 9. 总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系、指标 （1）关系：总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 （2）指标:①呼吸速率：黑暗中：CO 2 释放量、O 2 吸收量、有机物消耗量。②净光合速率：光照下：CO 2 吸收量、O 2 释放量、有机物积累量。③总光合速率：CO 2 固定量、O 2 产生量、有机物生成量。 10. 夏季一昼夜 CO 2 吸收和释放变化曲线 （1）曲线分析: a 点：气温降低，呼吸作用减弱，CO 2 释放减少。b 点：太阳出来，开始进行光合作用。ob 段：夜间，只进行呼吸作用。bc 段：光合作用小于呼吸作用。c 点：上午 7 时左右，光合速率等于呼吸速率。 ce 段：光合速率大于呼吸速率。 d 点：气温过高，蒸腾作用过强，部分气孔关闭，CO 2供应不足，出现“光合午休”现象。e 点：下午 6 时左右，光合速率等于呼吸速率。 ef 段：光合作用小于呼吸作用。 f 点：太阳下山，光合作用停止。 fg 段：晚上，只进行呼吸作用。 （2）关于有机物情况分析 ①制造有机物时间段：bf 段。 ②积累有机物时间段：ce 段。 ③消耗有机物时间段：og 段。 ④一天中有机物积累最多的时间点：e 点。 ⑤一昼夜有机物积累量表示为：S P －S M －S N 。 11.密闭玻璃罩内 CO 2 浓度与时间变化曲线 （1）光合速率等于呼吸速率的点：C 点、E 点。 （2）一昼夜植物体内有机物总量变化分析，O点表示初始 CO 2 浓度，G 点表示 24 小时后 CO 2 浓度，有机物积累量可用 G 点与 O 点对应的 CO 2 浓度的差值表示： ①如果 G 点低于 O 点，说明经过一昼夜光合作用制造的有机物多于呼吸作用消耗的有机物(光合作用CO 2 固定量大于呼吸作用 CO 2 产生量)，植物体内的有机物总量增加。②如果 G 点高于 O 点，说明经过一昼夜植物体内的有机物总量减少。③如果 G 点等于 O 点，说明经过一昼夜植物体内的有机物总量不变。 【习题巩固】 1.下图为某植物在夏季晴天的一昼夜内 CO2吸收量的变化情况。下列叙述正确的是 A．该植物进行光合作用的时间区段是 bg 段 B．该植物在 a 和 h 时刻呼吸作用与光合作用相等 C．与 c 点相比，e 点植物细胞内的 C3含量将减少 D．ce 段与 fg 段光合速率下降的原因完全相同 2.如图是在一定温度下测定某植物细胞呼吸和光合作用强度的实验装置（呼吸底物为葡萄糖，不考虑装置中微生物的影响），下列相关叙述正确的是（　　） A．烧杯中盛放NaHCO3溶液，可用于测定一定光照强度下植物的净光合速率 B．在遮光条件下，烧杯中盛放NaOH溶液，可用于测定种子无氧呼吸的强度 C．烧杯中盛放清水，可用于测定一定光照强度下植物的真光合谏率 D．在遮光条件下，烧杯中盛放清水，可用于测定种子有氧呼吸的强度 3.如图的纵坐标表示某种植物吸收相对速率的变化（非适宜条件下），下列说法不正确的是（　　） A．该植物细胞呼吸消耗的相对速率是4 B．d点时叶肉细胞内的光合速率等于其呼吸速率 C．降低土壤中的浓度，d点将向右移 D．提高大气中的浓度，e点将向右下移 4.绿色植物进行光合作用可以合成淀粉，我国科学家成功设计出了一条无绿色植物参与也能利用二氧化碳和水合成淀粉的路线（如图所示）。下列相关叙述错误的是（　　） A．图中水电解形成的产物与水光解形成的产物不同 B．①②③④过程模拟了暗反应过程 C．固定等量的CO2，上述途径与植物体内积累的淀粉一样多 D．植物体将C6H12O6变成淀粉的场所是叶绿体基质，这个过程能产生水 5.如图表示某植物的两种生理过程，下列有关叙述错误的是（　　） A．①过程表示发生了光合作用 B．②过程表示发生了呼吸作用 C．白天同时进行①和②生理活动 D．晚上①和②生理活动均停止 6.(2025广东汕头期末)近年来,高温、干旱的气象灾害频繁发生,影响农作物生产。为研究干旱胁迫对油菜幼苗生长的影响,研究小组设置了干旱胁迫条件处理油菜幼苗,定期检测其CO2吸收速率(光合代谢指标),结果见图。回答下列问题: (1)胞间CO2浓度是指叶肉细胞间隙中的CO2浓度。CO2进入叶绿体后,在　　　　　中被　　　固定成3-磷酸甘油酸。 (2)随着干旱胁迫时间延长,油菜幼苗的　　　　　　,这有利于减少水分的散失。油菜幼苗的光合速率　　　　,判断的依据是　 　。 (3)胞间CO2浓度主要受气孔导度和净光合速率变化的调节。干旱处理第4天后,油菜幼苗叶片胞间CO2浓度增加,主要原因是　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　。 (4)已有研究表明,PA(一种新型高效的植物生长调节剂)可提高抗氧化酶活性和减少活性氧等对细胞膜的损害,提高作物的抗性。为探究外源施加PA对干旱胁迫下油菜幼苗生长的缓解效应,可围绕设置　　　　　　(答出一点即可)这一自变量进行探究。实验对照组的处理方法是　　　　、　　　　　。 答案 1~5CABCD 6.(1)叶绿体基质　C5　(2)气孔关闭　降低　气孔导度下降,胞间CO2浓度上升,说明CO2的固定减弱,暗反应速率降低　(3)干旱胁迫条件下,油菜幼苗的净光合速率降低,此时表现为CO2吸收速率降低,CO2的固定减弱　(4)是否加入PA　不加PA　干旱胁迫 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $